Jeg kjenner den tradisjonelle forklaringen, som sier at is har store mellomrom mellom $ \ ce {H2O} $ molekyler fordi hydrogenbinding gir den en åpen struktur. Men hva har den åpne strukturen med hydrogenbinding å gjøre? Hvorfor er ikke et lignende fenomen observert hos andre arter som viser hydrogenbinding, som $ \ ce {HF} $ eller $ \ ce {NH3} $?
Kommentarer
- Se dette innlegget .
- Dette svarer absolutt ikke ' t spørsmålet ditt, men FYI ' en myte om at utvidelse ved frysing er unik for vann. Det er et hvilket som helst antall organiske forbindelser som dette er tilfelle for, også noen rene elementer som tydelig ikke hydrogenbinding som gallium, antimon, germanium, silisium og mer.
- Det jeg ikke får ', er hvorfor hydrogenbindingen på en eller annen måte får isen til å ha en åpen struktur.
Svar
Det følgende er et bilde av den sekskantede krystallinske formen av vanlig is (Ice I $ _h $) hentet fra SS Zumdahl, Chemistry, 3. utgave, copyright © 1993 av DC Heath and Company:
Merk at de stiplede linjene representerer hydrogenbindinger. Flytende vann har faktisk en lignende «åpen» struktur også på grunn av hydrogenbinding. Men når det gjelder flytende vann, er ikke hydrogenbindingen stiv og semi-permanent som i is. Så tenk deg at på bildet ovenfor kollapser hydrogenbindingsnettverket. Dette er hva som skjer når nok termisk energi er tilstede for å bryte de stive hydrogenbindinger som resulterer i smelting. Når denne krystallinske strukturen ikke lenger er tvunget på plass av den stive hydrogenbindingen i is, kan den tydeligvis kollapse i seg selv, noe som resulterer i større tetthet av vannmolekyler.
Dermed er den flytende formen av vann, selv om den er forbunden med forbigående hydrogenbinding, ikke så åpen og utvidet som når den holdes i sin faste form av den stive, semi-permanente hydrogenbindingen.
Svar
Som et tillegg til de andre svarene, vær oppmerksom på at «honeycomb» -strukturen som er ansvarlig for senket tetthet ved frysing ikke er hellig Den kan kollapses, uten å smelte, ved høyt trykk fra 200 MPa. Dette er høytrykksisfaser , omtrent et dusin av disse er kjent. Alle de som er i likevekt med væsken, bortsett fra lavtrykket Ice $ I_h $ -fasen, er tettere enn væsken de er i likevekt med; så smeltepunktet for vann begynner å stige når vi kommer til terskelen til Ice $ III $ ved omtrent -22 ° C og 210 MPa.
Vi kan også gå den andre veien og generere isstrukturer enda mer åpne og lavere i tetthet enn Ice $ I_h $. Slike faser blir ikke realisert i pur vann, men vises i klatrater som det velkjente metanklatrat .
Svar
Hydrogenbindinger holder vannmolekyler på plass i fast fase
Struktur av is er et vanlig åpent rammeverk av vannmolekyler ordnet som honningkake
Når det smelter, rammer kollaps og vannmolekylene pakker tettere sammen, noe som gjør flytende vann tettere